[发明专利]用于对空气及表面灭菌和消毒并保护一定区域免受外部微生物污染的方法和设备

说明书

技术领域

本发明提供了一种对空气、各种类型的表面以及食品消毒和灭菌使其免于微生物和有毒化学物质的新方法。更具体而言，本发明涉及一种在有效的和节省成本的过程中保护处于密闭的或俘获的环境(区域)中的表面不暴露于外部微生物污染源的方法和设备。这些区域可以是大体积的例如高层建筑、旅游客轮、喷气客机，或是小体积的例如小房间或医院手术室里或战场上的外科手术区。

背景技术

用于灭菌和消毒空气的所有现有技术，都是基于使用市售的紫外(UV)灯或通过使用磁场。这些灯或者是脉冲的或者是连续的。连续灯是汞基的并且主要发射254nm处的光。很多公司正在生产基于UV光的设备用来破坏室内空气中的病毒、细菌、孢子和病原体(微生物或VSP)。这是一种有效的处理，因为它连续地将室内空气流曝露于处理光并且随着时间的推移对VSP有充分的曝露时间。需要的曝露时间是10-100秒，这取决于不同病毒和细菌在254nm处的光吸收能力。这对处理单个房间的室内空气是有效的，但是对于处理快速通过大型管道的大流量空气则是不适用的。其很长的处理时间对于处理大多数表面都是不实用的。

基于磁性的设备也需要时间来减活或破坏这些VSP。有两个这样的发明致力于特定的应用。Wesley的美国专利4,458,153是专门针对封闭在管子中的液状物质，但是没有讨论任何试验结果。Sangster的美国专利5,750,072需要为磁场喷射一种雾状或蒸气状的灭菌流体来生成自由基继而用来杀灭VSP。他没有讨论任何试验结果。Hofmann的美国专利4,524,079专门针对处理食品。他谈到在5-500kHz的频率下需要高达100次脉冲。这些专利并不能因为其在背景部分被提到而被承认为现有技术。虽然作用时间会比较短，但是处理大面积所需要的功率以及设备的设计限制了它的实际应用。

宽紫外光谱已经依据其对生物系统的不同影响而被分为三个区域。主要在医学术语学中参考这些区域，UV-A被定义为320-400nm的范围或波段，UV-B被定义为280-320nm的波段，和UV-C被定义为包括比280nm短的波长。光化学家和光生物学家通常不使用这些术语，因为化学键的吸收光谱比这些常规定义的波段窄的多。替代地，他们利用施加的辐射的波长来定义观测到的影响。

已经有权利要求用UV-C辐射来杀灭DNA。这是由于在254nm处的汞灯发射接近于良好的DNA吸收波段。这些权利要求都未涉及任何更短的波长和峰值处于200nm的初级DNA蛋白吸收波段(见附图9)。事实上，因为分子水的高吸收，所有的文献都引导研究者远离利用任何更短波长。汞灯被用于废水处理并且非常适于这种应用。但是，该说明书教导，由于我们不在水下生活，所以蛋白吸收波段提供了更加重要的作用光谱可以更有效地用来杀灭微生物DNA。在用于灭菌和消毒的技术中，这个概念是重要的进步和阶跃性的变化。

在过去的几年中，基于激发受激准分子的新型UV发射灯在市场上逐渐可以买到了。这些发射体在由灯的气体组分决定的波长处产生单线或狭窄的光谱发射。如果选择的处理灯的波长接近匹配于微生物DNA的蛋白质吸收峰，那么致死剂量可以在更短的时间内被传递给VSP。还没有发现专利教导使用新型紫外(NUV)源联合辅助设备可以对大量空气、大小表面、和各个制备阶段中的食品进行有效和高效地消毒和灭菌。

在本说明书中，灭菌指的是如US FDA规定的灭菌或高水平消毒剂。术语消毒剂或消毒指的是所有其它水平的消毒。

(NUV背景)

所有活生物机体的基因组成都包含在它们的DNA分子中。复制通过DNA分子的分裂而发生，DNA分子通过其结构转化来复制自身。部分DNA分子已经得到命名，例如嘧啶碱、胞嘧啶、胸腺嘧啶或尿嘧啶，它们形成了一组延续生命的生化物。长的DNA分子通过利用类似于在糖中所发现的简单的键而保持在一起。

研究者相信UV光子的能量导致强(共价)键的形成在特定生化物之间发展。但是，所述共价键的键能非常依赖所参与原子的相对位置。当键在其中的氢原子两侧对称时，它被称为二聚体。二聚体是一种很强的键并且在液体蒸发过程中通常不会断裂。已知UV光生成胸腺嘧啶、胞嘧啶-胸腺嘧啶、和胞嘧啶二聚体。在二聚体形成后，DNA的进一步复制就停止了。图8表示了DNA分子中二聚体形成的原理。